دانشمندان با شناسایی ژن‌های کنترل‌کننده‌ی اندازه میوه، راه را برای تولید گوجه‌فرنگی‌های آبدارتر و بادمجان‌های بزرگ‌تر هموار کرده‌اند، محققان دانشگاه جانز هاپکینز و آزمایشگاه کولد اسپرینگ هاربر نقشه‌ی توالی‌های ژنتیکی این گیاهان را ترسیم کرده‌اند، که می‌تواند به بهبود گونه‌های جدید منجر شود این یافته‌ها که در مجله Nature منتشر شده، می‌تواند کشاورزی را متحول کند، به‌ویژه در مناطقی که اندازه‌ی کوچک گونه‌های بومی مانعی برای تولید تجاری است.
درک اصلاح ژنتیکی اصول اولیه
اصلاح ژنتیکی در گیاهان در واقع نوعی ارتقای علمی برای طبیعت است. دانشمندان DNA گیاهان را تغییر می‌دهند تا محصولات قوی‌تر، مغذی‌تر و مقاوم‌تر در برابر آفات و شرایط سخت آب‌وهوایی شوند، به جای انتظار چندین نسل برای اصلاح نژادی سنتی، مهندسی ژنتیک این روند را سرعت می‌بخشد.
برای مثال، برخی محصولات اصلاح‌شده می‌توانند بدون نیاز به آفت‌کش‌ها با حشرات مقابله کنند، در خاک شور رشد کنند یا خشکسالی را تحمل کنند در این مورد، اصلاح ژنتیکی گوجه‌فرنگی باعث تولید محصولی بزرگ‌تر و بهتر خواهد شد این فناوری تاکنون کشاورزی را متحول کرده، آن را کارآمدتر ساخته و نیاز به سموم شیمیایی مضر برای محیط زیست را کاهش داده است.
تغییر کشاورزی با یک دانه
مایکل شاتز، ژنتیک‌دان دانشگاه جانز هاپکینز و یکی از نویسندگان اصلی این مطالعه، این جمله را بیان کرده است:”پس از ویرایش ژنتیکی، تنها یک دانه کافی است تا یک انقلاب آغاز شود، او افزود: “با دریافت تأییدهای لازم، می‌توانیم یک بذر اصلاح‌شده را به آفریقا یا هر جای دیگری که نیاز باشد ارسال کنیم و بازارهای کشاورزی کاملاً جدیدی ایجاد کنیم. این پیشرفت‌ها پتانسیل بزرگی برای تأثیرگذاری در دنیای واقعی دارند.”
این تحقیق بخشی از یک پروژه بزرگ‌تر برای نقشه‌برداری از ژنوم کامل ۲۲ گیاه خانواده تاج‌ریزیان است، که شامل گوجه‌فرنگی، سیب‌زمینی و بادمجان می‌شود، محققان با استفاده از تحلیل‌های رایانه‌ای، نقشه‌های ژنتیکی را مقایسه و مسیر تکامل ژن‌ها را بررسی کردند. آن‌ها دریافتند که با گذر زمان، بیش از نیمی از این ژن‌ها دو برابر شده‌اند.
ردیابی تغییرات ژنتیکی در طول زمان
مایکل شاتز توضیح داد.”در طول ده‌ها میلیون سال، توالی‌های DNA مدام در حال اضافه و حذف شدن هستند، همین فرایند می‌تواند برای توالی‌های ژنی نیز رخ دهد، جایی که ژن‌ها به‌طور کامل تکرار یا ناپدید می‌شوند. وقتی شروع به بررسی کردیم، متوجه شدیم که این تغییرات بسیار گسترده‌اند، اما هنوز نمی‌دانستیم چه تأثیری بر گیاهان دارند.”
برای پاسخ به این پرسش، محققان مؤسسه بویس تامسون از فناوری CRISPR-Cas9 برای ویرایش این ژن‌ها استفاده کردند. سپس دانشمندان آزمایشگاه کولد اسپرینگ هاربر گیاهان اصلاح‌شده را پرورش دادند تا نتایج را مشاهده کنند ژن‌های تکراری، که به آن‌ها پارالوگ گفته می‌شود، مشخص شد که در ویژگی‌هایی مانند اندازه میوه، شکل و زمان گل‌دهی نقش اساسی دارند.
در یکی از آزمایش‌ها، هر دو نسخه ژن CLV3 در گیاه forest nightshade، که بومی استرالیا است، غیرفعال شد نتیجه؟ میوه‌های بدشکل، “عجیب، حباب‌دار و نامنظم” که برای فروش در فروشگاه‌های مواد غذایی مناسب نبودند. اما دستکاری فقط یک نسخه از این ژن منجر به تولید گیاهانی با میوه‌های بزرگ‌تر شد.
نقشه‌ی گنج ژنتیکی برای گوجه‌فرنگی
کاترین جنیک، که در دوران دکترای خود در آزمایشگاه شاتز روی این پروژه کار کرده، این‌گونه توضیح می‌دهد: “داشتن توالی کامل ژنوم این گونه‌ها مانند داشتن یک نقشه‌ی گنج جدید است و ما می‌توانیم ببینیم که یک مسیر ژنتیکی کجا و چه زمانی از مسیر دیگر جدا شده و سپس نقاطی را در اطلاعات ژنتیکی بررسی کنیم که پیش از این به آن‌ها توجهی نداشتیم. این روش به ما اجازه داد ژن‌های مؤثر بر اندازه‌ی میوه را در مکانی کاملاً غیرمنتظره پیدا کنیم.”
یکی از هیجان‌انگیزترین کشفیات از بادمجان آفریقایی، محصولی که در آفریقا و برزیل کشت می‌شود، به‌دست آمد. دانشمندان ژنی به نام SaetSCPL25-like را شناسایی کردند که تعداد حفره‌های بذر (locules) درون میوه را کنترل می‌کند، زمانی که این ژن در گوجه‌فرنگی ویرایش شد، مشخص شد که افزایش تعداد حفره‌های بذر باعث تولید گوجه‌فرنگی‌های بزرگ‌تر می‌شود.
گوجه‌فرنگی، بادمجان و ژن‌ها
این یافته‌ها نشان می‌دهند که ویرایش دقیق ژن‌ها می‌تواند به تولید گوجه‌فرنگی و بادمجان‌های بزرگ‌تر و مناسب‌تر برای بازارهای تجاری منجر شود، مایکل شاتز توضیح می‌دهد: “این تحقیق اهمیت مطالعه‌ی گونه‌های مختلف در کنار هم را نشان می‌دهد. ما از دهه‌ها تحقیقات ژنتیکی روی گوجه‌فرنگی استفاده کردیم تا بادمجان آفریقایی را به‌سرعت ارتقا دهیم، و در این مسیر ژن‌های کاملاً جدیدی را کشف کردیم که به‌طور متقابل به بهبود گوجه‌فرنگی نیز کمک کردند.”
او افزود: “ما این رویکرد را پن ژنتیک می‌نامیم، که فرصت‌های بی‌پایانی برای معرفی میوه‌ها، غذاها و طعم‌های جدید به سفره‌های سراسر جهان فراهم می‌کند، با ادامه‌ی پژوهش‌ها و اخذ مجوزهای لازم، این کشفیات می‌توانند روش‌های کشت و مصرف برخی از پرطرفدارترین میوه‌ها و سبزیجات را در سال‌های آینده متحول کنند.”
آینده‌ی گوجه‌فرنگی و ویرایش ژنتیکی
فراتر از افزایش اندازه‌ی میوه، این پژوهش پیامدهای گسترده‌تری برای کشاورزی جهانی دارد، در بسیاری از مناطق، کشاورزان با محصولات کم‌بازده‌ای مواجه هستند که برای کشاورزی در مقیاس وسیع مناسب نیستند.
ویرایش ژنتیکی می‌تواند گیاهان را متناسب با شرایط محیطی خاص اصلاح کند و آن‌ها را در برابر تغییرات آب‌وهوایی، آفات و بیماری‌ها مقاوم‌تر سازد، دانشمندان امیدوارند با استفاده از ابزارهای پیشرفته‌ی ژنتیکی، محصولاتی تولید کنند که نه‌تنها بزرگ‌تر رشد کنند، بلکه به منابع کمتری مانند آب و کود نیاز داشته باشند.
این امر می‌تواند کشاورزی را پایدارتر کرده و تأثیرات زیست‌محیطی را کاهش دهد پژوهش‌های آینده احتمالاً بر بهبود طعم، ارزش غذایی و ماندگاری این محصولات تمرکز خواهند کرد، تا این اصلاحات نه‌تنها به نفع کشاورزان باشد، بلکه گزینه‌های غذایی بهتری را نیز برای مصرف‌کنندگان فراهم کند.
بیشتر بدانیم: بیماری های ژنتیکی شایع در ایران | سندرم داون و نقص مادرزادی لوله عصبی
لینک منبع: earth
نظرات کاربران